BMS电池管理系统综述

单体2
L2 Q3 Qr L3 Cr Lr
单体3
单体1
单体1
C1
C2
单体2
单体2
DC
S1
S2
S3
单体3
单体3
单Biblioteka Baidu1
单体2
单体3
单体n
单体1
单体2
单体3
A
B
BMS综述
5.上位机
上位机主界面 主要功能： 状态实时显示； 参数调整； 历史数据记录； 主回路控制； 故障、报警等。
上位机监控平台
5.上位机
3.蓄电池健康状态(SOH)估计
SOH估算方法
特征法
模型法
数据驱动法
内 阻 分 析 法
交 流 阻 抗 谱 分 析 法
微 分 分 析 法
老 化 机 理 模 型
概 率 模 型
工 程 统 计 模 型
自 回 归 模 型 法
神 经 网 络 法
支 持 向 量 机 模 糊
BMS综述
4.蓄电池组均衡控制
电池包中串联的单体，即使是新电池，其性能 也存在差异，随充放电的循环，单体差异会越 来越大，导致电池组容量利用率低，最终发生 “水桶效应”。即由于个别单体失效而导致整 个电池组无法正常工作。
储能电池组管理技术综述 及要点分析
报告人：张金龙 燕山大学电气工程学院 电气工程及其自动化系
内容提要
课题研究背景 电池管理系统(BMS)综述 BMS工程前沿 BMS的发展前景
课题研究背景
Tesla Roadster
新能源发电储能
EV动力电源
课题研究背景
智能电网储能
课题研究背景
电池会逐渐老化，其部分容量也会永久性失去。 SOH是描述蓄电池老化程度的一项重要特征，它 在数值上等于当前电池在充满状态下所能放出的 电量与新电池额定容量的比值。
Qmax (aged) SOH 100% Qno minal (new)
受多因素影响；长期的过程；工作量及估算难度 均高于SOC。
BMS综述
4
该曲线对锂电池 也具有一定适用性。
三段式充电波形图
BMS综述
2.蓄电池荷电状态(SOC)估计
SOC广义描述： 电池当前可用的剩余容量与 电池实际可放出总容量的比值。（%） SOC估算技术难点： A 电池内部电化学过程复杂； B 电池工作特性呈非线性，且受多因素影响； C 建立准确的电池模型困难； D 单体间的不一致性处理较复杂。
课题研究背景
BMS发展现状
课题研究背景
国内BMS发展
科研方面主要是清华大学、同济大学、北京交通 大学及北京理工大学等几所高校取得成果较多。 产品开发方面，天津的中国汽车技术研究中心以 及力神电池也在合作开发BMS。惠州亿能(专做 BMS)、哈尔滨光宇、BYD、中航锂电，中科院， 德国BOSCH公司，日本TDK集团也正在着手组建 BMS研究中心。 近两年BMS企业如雨后春笋，遍地开花。
课题研究背景
BMS发展现状
国外在BMS方面的研究成果相对显著，主要是以集 成化芯片化为特点。典型产品有美国Linear Technology公司产的LTC/LTM系列电池管理芯片， 美国TI公司推出的bq系列电池管理芯片以及美国O2 Micro公司开发的OZ890电池管理芯片等，其主要特 点为体积小，集成度高，具有较强的针对性。 BMS专用芯片主要优势在于多单体高精度信号采集， 以及单体均衡、故障报警等功能的集成，但通用性 差，一般只能应用于特定类型的电池组。
BMS综述
2.蓄电池荷电状态(SOC)估计
SOC估算方法
模型法
智能算法
其他方法
安 时 模 型
等 效 电 路 模 型
电 化 学 模 型
卡 尔 曼 滤 波 类
数 据 驱 动 类 算 法
递 推 最 小 二 乘
实 验 测 试 法
阻 抗 谱 分 析 法
动 力 学 解 析 法
BMS综述
3.蓄电池健康状态(SOH)估计
1.蓄电池充放电管理
6
充电电流(A)
4 2 0 恒流段 恒压限流段 0 0.5 1 1.5 时间(s) 2 2.5 3 3.5 x 10
4
浮充段
美国J.A.MAS在1967年 提出铅酸电池可接受的 充电电流曲线。 称为：马斯曲线
15
电池端电压(V)
14 13 12 11 0 0.5 1 1.5 时间(s) 2 2.5 3 3.5 x 10
BMS在蓄电池储能系统中成本占仍比较高，价 格较为昂贵。BMS的价格与电池组中的单体数 量正相关，其成本约占电池组总成本的30%。
电池组成本
BMS成本
课题研究背景
Tesla Model S底盘整个电池组的全景图 一共有7104节18650锂电池
课题研究背景
Tesla Model S底盘电池组
BMS综述
4.蓄电池组均衡控制
串联电池组均衡方法
单体1 Q1 L1 Q2
旁路电阻 均衡 简单易行 耗散型 能耗大
投切电容 均衡 非耗散式 严防电容 短路
PWM可 控双向分 流均衡 电感储能 开关器件 较多
同轴多副 边变压器 均衡 均衡效果 较理想 实现复杂 存在能耗
Buckboost 均衡 结构简单 控制相对 复杂
课题研究背景
BMS技术难点：
多单体高精度电信号采集，抗干扰设计。 电池工作特性呈高度非线性，荷电状态(SOC, State of Charge)及健康状态(SOH, State of Health)难以准确估计。 电池组中大量单体存在不一致性，均衡控制 较复杂，电池组容量利用率较低。 BMS通用性不强，很大程度上受到电池类型 以及连接方式的限制。
BMS技术结构
BMS综述
分布式BMS工程结构
BMS综述
1.蓄电池充放电管理
恒流充电
不合理充放电 会给电池带来 损害，造成过 充过放，降低 电池循环寿命。
恒压充电
充电管理 充 放 电 管 理 放电管理
恒压限流充电
脉冲充电
三段式充电 截止电压，剩余容量，放电倍 率，温度等因素的综合处理
BMS综述
BMS综述
BMS技术结构
电池组状态检测
电池组优化控制
电池组信息处理
外 特 性 检 测
v i
S O C 估 算
S O H 估 算
T
电 池 组 均 衡 控 制
电 池 组 充 放 电 控 制
热 管 理 及 温 度 控 制
历 史 信 息 存 储 显 示
BMS 内 部 信 息 互 通
BMS 与 外 部 信 息 交 互
参数设置子界面
上位机监控平台
5.上位机
历史数据记录及 模型选择子界面
BMS的发展前景
BMS前景广阔，以下几方面是侧重点：
提高BMS的通用性。 提高BMS集成度。 提高电池SOC的估算精度。 实现更高的均衡效率和精度。 应该提高均衡系统的电流等级。
谢谢
课题研究背景
Tesla Model S底盘电池组
课题研究背景
方形电池组（串并组合为整个电池箱） 国内EV较多采用的结构
常见的 指标参数: 额定电压 ...V 容量 ...Ah, ...mAh 充放电倍率 0.1C, 1C.. 尺寸 18650, 2770120
课题研究背景
除圆柱电芯、棱柱电芯外，还有软包(聚合物)电芯